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车用芯片为什么那么缺?车规:我太难了
  • 21-04-08 16:34
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自去年Q3起,车用芯片缺货现象持续发酵,部分汽车制造厂商因芯片短缺开始停产。另一边,汽车芯片厂、晶圆代工厂出于原料成本上涨、产品生产周期变长等因素,纷纷涨价。除了疫情等外力影响和供应链因素,缺货另一个原因是造车规级芯片门槛很高,短时间内其他厂商无法快速通过认证,补上缺口…


2020年上半年席卷全球的新冠肺炎疫情,阻断了多地区物流,不少OEM无法正常备货,不得不把需求移到了下半年。在消费类终端和汽车行业全面复苏后,各大厂商因担心禁运等地缘政治事件影响,普遍采用了激进的备货方案。


芯片的生产周期通常在10-20周不等,难以灵活增加产量,车载芯片的产能更是要提前12个月做规划。2020年初在疫情影响下,很多汽车企业对车载芯片需求判断失误,导致芯片订货不足,晶圆厂也将部分原本属于车载芯片的产能转成了消费类芯片。


产能受到排挤影响最显著的有12英寸厂的车用微控制器(MCU)与CMOS图像传感器(CIS),其中28nm、45nm与65nm节点产能最为紧缺。8英寸厂集中在车用MEMS、分立器件、电源管理IC与显示器驱动IC,0.18um以上的节点产能也受到排挤。


自去年Q3起,车用芯片缺货现象持续发酵,部分汽车制造厂商因芯片短缺开始停产。另一边,汽车芯片厂、晶圆代工厂出于原料成本上涨、产品生产周期变长等因素,纷纷涨价。除了疫情等外力影响和供应链因素,缺货另一个原因是造车规级芯片门槛很高,短时间内其他厂商无法快速通过认证,补上缺口。


那么,这些缺货涨价的汽车芯片,主要集中在哪几类上?为什么车规级的芯片,就那么难做呢?





缺了哪一类汽车芯片?




汽车半导体器件主要包含MCU、功率半导体(IGBT、MOSFET等)、传感器和各类模拟器件,自动驾驶汽车还会用到如ADAS辅助类芯片、CIS、AI处理器、激光雷达、毫米波雷达和MEMS等一系列产品。未来汽车架构的变革趋势,是将离散的ECU(Electronic Control Unit,电子控制单元)及软件功能集成在一个黑匣子中,届时域控制器和自动驾驶计算平台用到的芯片会更多。


半导体产品的大量采用,能够帮助汽车实现动力与传动、车载网络、车身舒适性、车载信息娱乐等功能。单一车辆中的车载芯片价值持续提升,也导致全球车用芯片的需求快于整车销量增速,造成了芯片的供需失衡。


以MLCC(多层陶瓷电容)为例,据村田预计,未来单一车辆MLCC用量有望从1000~3000颗增长到3000~6000颗;在图像传感器方面,据悉达到自动驾驶级别L4级时,需要图像传感器10个以上;再说MCU,一般燃油车平均每辆大约需要70颗,而一辆新能源汽车大约需要300多颗。


一家汽车零件制造商的负责人在接受媒体采访时透露,2020年底爆发的汽车零部件短缺潮,就是由于车用MCU短缺,导致ESP(Electronic Stability Program,电子稳定程序系统)和ECU无法生产。这两种器件是许多高端车型车载电脑??榈摹氨昱洹?,一旦缺货会影响整车制造。





汽车“命门”捏在别人手上




电子稳定程序系统的标准叫法其实是ESC(Electronic Stability Control),ESP是博世(Robert Bosch GmbH)的专利。全球ESP供应商主要有7家,分别是丰田旗下的爱信精机(Aisin Seiki),专供日产的日立(Hitachi),专供本田的日信(Nissin Kogyo),供韩系车型的万都(Mando)。这4家基本只供应本集团的。另外三家,都是德国厂家,包括博世、大陆集团(Continental AG)和采埃孚(ZF Friedrichshafen AG)。


国内汽车厂商的ESP供货主要来自博世和大陆集团。博世几乎垄断国内市场,特别自主品牌,此外在奔驰、奥迪、卡迪拉克、别克里也比较常见。大陆集团主要供应大众、宝马、PSA、奔驰,采埃孚主要供应美系车。


至于ECU,已经是汽车上最为常见的部件之一,依据功能的不同,最常见的有EMS(Engine Management System)发动机管理系统、TCU(Transmission Control Unit)自动变速箱控制单元、BCM(Body Control Module)车身控制???、BMS(Battery Management System)电池管理系统以及VCU(Vehicle Control Unit)整车控制器等几种。


国内外比较知名的ECU供应商包括博世、大陆集团、电装(DENSO)、联合汽车电子(UAES)和联创汽车电子(DIAS)等。传统的汽车每一个功能都需要单一或者多个ECU??榻锌刂?,所以ECU广泛存在于车辆的发动机、变速箱等底层零部件之中,来实现整车信息的转化和处理。


ESP和ECU这类特定汽车电子元件越来越依赖于芯片,大陆集团和博世集团都是通过采购芯片,再组装成相关??橄虺灯蠊┯?。这次汽车芯片短缺问题主要出现在上游企业,由于疫情大流行打击了全球芯片产能,令大陆和博世等厂商面临生产难题。


以前的汽车以硬件为主导,整车智能化程度很低,半导体(芯片、传感器等等)占不到整车成本的1%。而近年随着汽车智能化速度加快,汽车已经由硬件主导变为了硬件打基础,软件来赋能。如今半导体器件越来越多地出现在汽车工业应用中,智能汽车上甚至已经占到了整车成本的35%左右,并且预计到2030年将增加到50%,芯片未来将代替发动机成为汽车产业的“生死命门”。






芯片得到车规认证并不简单




游为汽车电子元器件设计公司(Tier2,如恩智浦和英飞凌)和晶圆制造/封测等后段厂商(Tier3,如台积电和日月光),主要负责提供汽车电子的相关核心芯片及其他分立器件;中游则是汽车电子生产和制造商(Tier1,如博世和大陆),主要进行汽车电子??榛δ艿南低臣缮杓?、生产及销售;下游是传统的整车厂(OEM,如特斯拉和大众汽车)。